Đồ án môn học kết cấu bê tông cốt thép

    TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP  THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG  - LÊ HỮU BẰNG  MSSV: 19473091 ĐỒ ÁN MÔN HỌC  KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP  Thành phố Hồ Chí Minh - 4.2023     TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP  THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG  - ĐỒ ÁN MÔN HỌC  Ngành : Kỹ thuật xây dựng  Mã số : 7580201  Sinh viên thực : Lê Hữu Bằng  Mã số sinh viên : 19473091 Khóa : 2019 - 2023 Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Văn Nam  KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP  Thành phố Hồ Chí Minh - 4.2023     MỤC LỤC Số liệu tính tốn Bản sàn 2.1 Phân loại sàn 2.2 Chọn sơ  kích thướ c b ộ phận sàn 2.3 Sơ đồ  tính 2.4 Xác định tải trọng : 2.4.1 Tĩnh tải 2.4.2 Hoạt tải 2.4.3 Tổng tải 2.5 Xác định nội lự c 2.6 Tính cốt thép 2.7 Bố trí cốt thép DẦM PHỤ 10 3.1 Sơ đồ  tính 10 3.2 Xác định tải trọng 10 3.2.1 Tĩnh tải 10 3.2.2 Hoạt tải 11 3.2.3 Tổng tải 11 3.3 Xác định nội lự c 11 3.3.1 Biểu đồ bao mômen 11 3.3.2. Biểu đồ bao l ực cắt 12 3.4 Tính cốt thép 13 3.4.1 Cốt dọc 13 3.4.1.1 Tại tiết diện ở  nhịp 13 3.4.1.2 Tại tiết diện ở  gối 14 3.4.2 Cốt ngang 15 3.5 Biểu đồ vật liệu 16 3.5.1 Tính khả năng chịu lự c tiết diện.  16 3.5.2 Xác định tiết diện cắt lí thuyết  .17 3.5.3 Xác định đoạ n kéo dài W 18 3.5.4 Kiểm tra về uốn cốt thép 19 Dầm 22 4.1 Sơ đồ  tính 22 4.2 Xác định tải trọng 22     4.2.1 Tĩnh tải 22 4.2.2 Hoạt tải 23 4.3 Xác định nội lự c 23 4.3.1 Biểu đồ bao mô men 23 4.3.1.1 Các trườ ng hợp đặt tải 23 4.3.1.2 Xác định biểu đồ mô men cho trườ ng hợp đặt tải.  23 4.3.1.3 Xác đị nh biểu đồ bao mômen 26 4.3.1.4 Xác đị nh mômen mép g ối  27 4.3.2 Biểu đồ bao lự c cắt 28 4.3.2.1 Xác đị nh biểu đồ lự c cắt cho trườ ng hợ p tải  28 4.3.2.2 Xác đị nh biểu đồ bao lự c cắt 29 4.4 Tính cốt thép 30 4.4.1.1 Tại tiết diện ở  nhịp 30 4.4.1.2 Tại tiết diện ở  gối 31 4.4.2 Cốt ngang 32 4.4.3 Cốt treo 32 4.5 Biểu đồ vật liệu 33 4.5.1 Tính khả năng chịu lự c tiết diện  33     Số liệu tính tốn - Tườ ng gạch dày 0,34 m - Cột bêtơng cốt thép có tiết diện 300x300 mm2 - Chức toàn bộ sàn dùng làm phịng thể thao Hình 1. Sơ đồ mặt sàn     Bảng Tổng hợ   p số liệu tính tốn Cốt thép L1  (m) L2  (m) Bê tông B20 (MPa) Sàn d ≤ 10 (MPa) Cốt đai CB240-T Cốt d ọc CB400-V d ≤ 10 d ≤ 12 (MPa) (MPa) x R sw =170  R s =350  R  b =11,5 2,6 6,7 R s =210  R  bt =0,  γ b =1 Các lớ   p cấu tạo sàn sau:  Hình 2. Các lớ   p cấu tạo sàn Gạch ceramic δg = 10 mm, γg = 20 kN/m3, γf  = 1,2 Vữa lót δv = 25 mm, γv = 18 kN/m3, γf  = 1,3 Bê tông cốt thép δ b = h b=90mm, γ bt = 25 k Vữa trát δv = 20 mm, γv = 18 kN/m , N/m3, γf  = 1,1 γf  = 1,3     Bản sàn 2.1 Phân loại sàn Mặt sàn sườ n tồn khối có hệ d ầm d ầm phụ Kích thướ c có =2,6m; =6,7m d ầm liền k ề nhau theo phương cạnh ngắn   =  ,,  ắ Xét tỉ số 2 cạnh ô     = 2,6 > 2, nên thuộc loại d ầm, làm việc  phương theo cạnh ng n 2.2 Chọn sơ bộ kích thướ c bộ phận sàn - Xác định sơ bộ chiều dày sàn: h = mD L =  130 × 2600 = 86,66mm ≥ h = 60mm   chọn h b = 90 mm - Xác định sơ bộ kích thướ c d ầm phụ:   1  1 1   Ldp =    ×6700 = 558  12 16   12 16  hdp =   ÷ 418 mm chọn hdp = 500 mm b 1 1 2 4 1 1 2 4 ÷  =    hdp =    ×500 = 125  250 mm chọn bdp = 200 mm - Xác nh s bkớch thc ca dm chớnh: ữ =ữ=ữ ì 700 = 350 ÷ 175   = 300  L = L L = 6700mm LL = 2600mm  hh  h bb   1  1  Ldc =    ×3×2600 = 975  650 mm   12   12  hdc =   chọn hdc = 700 mm   chọn     + Trong đó:   ): chiều dài d ầm phụ (mm)  ( : chiều dài cạnh ngắn ô (mm)  : chiều dài cạnh dài ô (mm) : chiều cao (mm) : chiều cao d ầm (mm) : chiều cao d ầm phụ (mm) : bề rơng d ầm (mm) : bề r ộng d ầm phụ (mm)     L = L : chiều dài d ầm (mm) ÷ ÷ m: hệ số phụ thuộc vào loại bản, d ầm m=(30  35) D: hệ số phụ thuộc vào loại tải tr ọng, D=(0,8 1,4) 2.3 Sơ đồ tính Cắt theo phương cạnh ngắn d ải có chiều r ộng b=1 m (hình 1), xem d ầm liên tuc nhiều nhị p, gối tựa d ầm biên d ầm phụ ( hình 3) Bản sàn tính theo sơ đồ khớ   p d ẻo, nhị p tính tốn lấy theo mép gối tựa Đối vớ i nhị p biên: Lob = L1 - bdp - t  + C b = 2600    +  -  =2390 mm Đối vớ i nhị p giữa: Lo = L1 - bdp = 2600 –  200 = 2400 mm Lob Lo chênh lệch không đáng kể  ( 0.53%) Hình 3. Sơ đồ xác định nhị p tính toán C b - đoạn kê lên tườ ng, chọn C b = 120 mm LL:nhị:nhịpptítnínhhtotốnáncủacủanhịnhịppgibiữêanmm mm      t: chiều dày tườ ng chịu lực t=340mm 2.4 Xác định tải trọng : 2.4.1 Tĩnh tải Xác định tr ọng lượ ng thân lớ  p cấu tạo sàn: gs = ∑ ( γf,i×γi × δi) K ết quả tính tốn đượ c trình bày bảng Bảng Tĩnh tải tác d ụng lên sàn Lớ   p cấu tạo Gạch ceramic chiều dày δi (mm ) Tr ọng lượ ng Hệ số tinh cậy γf,i  10 riêng γi  (kN/m3 ) 20 Tr ị tính tốn gs (kN/m2 ) 1,2 0,24     Vữa lót Bêtơng cốt thép Vữa trát 25 90 20 Tổng cộng 18 25 1,3 1,1 0,59 2,475 18 1,3 0,47 3,8 2.4.2 Hoạt tải Hoạt tải tính tốn: p = γf, × p = 1,2 × 6,2 = 7,44 kN/m q = g + p× b = 3,8 + 7,44 × = 11,24 kN/m   2.4.3 Tổng tải Tổng tải tr ọng tác d ụng lên sàn ứng vớ i d ải có chiều r ộng b = m:   2.5 Xác định nội lự c - Nội lực thường tính theo sơ đồ d ẻo - Khi chịu tải phân bố đều, nhị p tính tốn lệch không 10% Mômen lớ n ở  nhị p biên: M =  111 qL =  111 × 11,24 ×2,39 = 5,96 kN/m M =  111 qL  =   111  × 11,24 ×2,4 = 6 kN/m M = ±  161 qL = ±  161  × 11,24 × 2,4 = ± 4,13 kN/m   Mômen lớ n ở  gối thứ hai:   Mômen lớ n ở  các nhị p gối giữa:   Hình 4. Sơ đồ tính biểu đồ bao mơmen sàn     2.6 Tính cốt thép Bêtơng có cấp độ bền chịu nén B20: R  b =11,5 Mpa Cốt thép sàn sử d ụng loại CI: R s =210 MPa Từ các giá tr ị mômen ở  nhị p ở  gối, giả thiết a = 15 mm, tính c ốt thép từ các cơng thức sau: ho =  m =  M    b Rbbho ℎ  –  a = 90 –  15 = 75 mm   pl = 0,3 : tính nội lực theo sơ đồ khớ  p d ẻo tra bảng đượ c ξ hoặc tính từ: ξ = - − 2 m     = ξℎ  = 0,05% ≤  =  ℎ ≤  = ξ   = 0,37 ×  115 2100 = 5,5%   Kiểm tra hàm lượ ng cốt thép:   K ết quả tính tốn cốt thép đượ c tóm tắt bảng Bảng Tính tốn cốt thép cho sàn μ Chọn cốt thép d @ Asc  (mm) (mm) (mm2) 120 419 Tiết diện M (kNm) αm ξ  As  (mm2) (%)  Nhị p biên 5,96 0,0921 0,097 398.4 0.53 Gối 0,093 0,098 402,4 0.54 120 419  Nhị p giữa, gối 4,13 0.066 0.068 279 0,372 100 283 ÷ *Hàm lượ ng cốt thép hợ  p lí μ= (0,3  0,9) ℎ C ℎ h ≈ h → thiên an toàn μμ  Kiểm tra chiều cao : =10mm ,   =66mm ( a = C +  = 10 + = 14 ) Trong đó: a: khoảng cách từ tr ọng tâm cốt thép chịu kéo đến mép bê tông chịu kéo (mm)  : hàm lượ ng cốt thép nhỏ nhất cho phép (%)  : hàm lượ    ng cốt thép lớ   p cho phép (%)     Từ d ầm phụ truyền lên d ầm chính: G1 = gdp×L2 = 12,18×6,7 = 81,606 kN Tĩnh tải tính tốn: G = Go + G1 = 11,39 + 81,606 = 92,996 kN 4.2.2 Hoạt tải Từ d ầm phụ truyền lên d ầm chính: P = pdp×L2 = 19,968×6,7 = 133,7856 kN 4.3 Xác định nội lự c 4.3.1 Biểu đồ bao mô men 4.3.1.1 Các trườ ng hợp đặt tải Sơ đồ tính d ầm đối xứng, trườ ng hợp đặt tải đượ c trình bày hình 14 4.3.1.2 Xác định biểu đồ mô men cho từ ng trườ ng hợp đặt tải  Tung độ của biểu đồ mô men tiết diện trườ ng hợp đặt tải đượ c xác định theo cơng thức: ×α MG = α×G×L = 92,996×7,8   M pi = α×P×L = 133,79×7,8 ×α  α - hệ số tra phụ lục Do tính chất đối xứng, nên chỉ cần tính cho nhị p K ết quả tính biểu đồ mơ men cho trườ ng hợ   p tải đượ c trình bày bảng Hình 14. Các trườ ng hợp đặt tải d ầm nhị p 23     Bảng 9. Xác định tung độ biểu đồ mômen (kNm) Tiết diện Gối B  Gối C  α  0,244 0,156 -0,267 0,067 0,067 -0,267 MG α  MP1 α  MP2  α  MP3  α  MP4  176,99 0,289 301,59  -0,044 -45,91  113,16 0,244 254,63  -0,089 -92,88  48,6 -0,133 -138,79  0,2 208,71  48,6 -193,67 -138,79  0,2 208,71  -138,79  239,4  131,22  100,08  177,7  15,3  30,6  -193,67 -0,133 -138,79  -0,133 -138,79  -0,311 -324,54  0,044 45,91  -31,3  -108,5  Sơ đồ a  b c d e -138,79  -0,089 -92,88  -0,178 -185,74  -Trong sơ đồ d, e b ảng tra không cho tr ị số α số tiết diện, phải tính nội suy theo phương pháp học k ết cấu: +Sơ đồ d: 324,54 347,8 Đoạn d ầm AB M1 = 347,8 M2 = 347,8 - 1⁄ 3 2⁄ 3  .324,54 = 239,4 kNm  .324,54 = 131,22 kNm 24   324,54   92,88 347,8 Đoạn d ầm BC 2⁄ 3 1⁄ 3 M3 = 347,8 –  [(324,54-92,88) + 92,88] = 100,08 kNm M4 = 347,8 –  [(324,54-92,88) +92,88] = 177,7 kNm +Sơ đồ e: 45,91 Đoạn d ầm AB M1 = M2 = ,  = 45,91 ×   15,3 kNm  =30,6 kNm 185,74 45,91 25     Đoạn d ầm BC ×  × 1⁄ 3 M3 = (185,7+45,91)  -185,7= -31,3 kNm M4 = (185,7+45,91)  -185,7= -108,5 kNm Hình 15. Biểu đồ mơmen trườ ng hợ   p tải (kNm) 4.3.1.3 Xác định biểu đồ bao mômen Bảng 10 Xác định tung độ biểu đồ mô men thành phần biểu đồ bao mô men (kNm) Tiết diện Gối B  Gối C  Mômen 26     M1 = MG + MP1  M2 = MG + MP2  M3 = MG + MP3  M4 = MG + MP4  Mmax  Mmin  478.58 131.08 416.39 192.29 478.58 131.08 367.79 20.28 244.38 143.76 367.79 20.28 -332.46 -332.46 -518.21 -147.76 -147.76 -518.21 -90.19 257.31 148.68 17.30 257.31 -90.19 -90.19 257.31 226.30 -59.90 257.31 -90.19 -332.46 -332.46 -286.55 -379.41 -286.55 -379.41 4.3.1.4 Xác định mơmen mép gối Hình 16. Xác định mơmen mép gối Gối B MB, = 26002600 150   × 518,21 + 244,38  244,38 = 474,21kNm MB, = 26002600 150   × 518,21 + 148,68  148,68 = 479,7 kNm chọn MB = MB, = 479,7 kNm M = 26002600 150   × 518,21  59,9 + 59,9 = 491,77kNm       Gối C   27     Hình 17. Các biểu đồ mô men thành phần biểu đồ bao mômen (kNm) 4.3.2 Biểu đồ bao lự c cắt 4.3.2.1 Xác định biểu đồ lự c cắt cho trườ ng hợ p tải Tính vẽ biểu đồ lực cắt: Ta có quan hệ giữa mơ men lực cắt; “đạo hàm mô men lực cắt” Vậy ta có : M’= Q = tg α  Xét hai tiết diện a b cách m ột đoạn x, chênh lệch mô men hai tiết diện ∆M = Ma  –  M b Do lực cắt hai tiết diện là :  = ∆   Bảng 11 Xác định tung độ biểu đồ lực cắt (kN) Đoạn Sơ đồ a  b c QG   QP1  QP2  A-1 1-2 2-B B-3 3-4 4-C 68.07 116.00 -17.66 -24.55 -18.06 -18.07 -118.01 -151.32 -17.66 93.18 0.00 133.65 0.00 0.00 0.00 -93.18 0.00 -133.65 28     d e QP3  92.08 -41.61 -175.29 163.32 29.85 -104.07 QP4  5.88 5.88 5.89 -29.70 -29.69 -29.71 4.3.2.2 Xác định biểu đồ bao lự c cắt Bảng 12 Xác định tung độ biểu đồ lực cắt thành phần biểu đồ bao lực cắt (kN) Đoạn Lực cắt Q1 = QG + QP1  Q2 = QG + QP2  Q3 = QG + QP3  Q4 = QG + QP4  Qmax  Qmin  A-1 1-2 2-B B-3 3-4 4-C 184.07 50.42 160.15 73.96 184.07 50.42 -42.61 -42.62 -66.16 -18.67 -18.67 -66.16 -269.33 -135.67 -293.30 -112.12 -112.12 -293.30 93.18 226.83 256.50 63.48 256.50 63.48 0.00 0.00 29.85 -29.69 29.85 -29.69 -93.18 -226.83 -197.25 -122.89 -93.18 -226.83 Hình 18 Biểu đồ lực cắt trườ ng hợ   p tải (kN) 29     Hình 19. Biểu đồ bao lực cắt (kN) 4.4 Tính cốt thép Bêtơng có cấp độ bền chịu nén B20: R  b = 11,5 MPa; R  bt = 0,9 MPa Cốt thép d ọc d ầm sử d ụng loại CB400-V: R s = 350 MPa Cốt thép đai d ầm sử d ụng loại CI: R sw =170 MPa 4.4.1 Cốt d ọc 4.4.1.1 Tại tiết diện ở  nhịp Tương ứng vớ i giá tr ị mô men dương, bả n cánh chịu nén, tiết diện tính tốn tiết diện chữ T Xác định Sf : 16 × 3L = 16 × 3 ×2600 = 1300 mm Sf  ≤ 12 × L  b = 12 × 6700  300 = 3200 mm { × h′f  = × 90 = 540 mm b′f  = b + 2Sf  = 300 + ×540 = 1380 mm   Chọn Sf  = 540 mm Chiều r ộng cánh:   Kích thướ c tiết diện chữ T (b’f  = 1380; h’f  = 90; b = 300; h = 700 mm) Xác định vị trí tr ục trung hịa: Giả thiết anhị p = 60 mm => h o = h - anhị p = 700 –  60 = 640 mm 30     Mf  = γRb′f h′f h    h′2f   = 11,5.10.1,38.0,09.0,64  0,209  = 850 kNm    Nhân xét: M < Mf  nên tr ục trung hòa qua cánh , b ản cánh chịu nén, tính cốt thép theo tiết diện chữ nhật b’f × hdc = 1380 × 700 mm 4.4.1.2 Tại tiết diện ở  gối Tương ứng vớ i giá tr ị mô men âm, cánh chịu kéo, tính cốt thép theo tiết diện chữ  nhật  bdc× hdc = 300×700 mm Giả thiết agối = 80mm => ho = h –  agối = 700 –  80 = 620 mm Hình 21. Tiết diên tính cốt thép d ầm a) Tiết diện ở  nhị p; b) Tiết diện ở  gối K ết quả tính cốt thép đượ c tính bảng 13 Bảng 13. Tính cốt thép d ọc cho d ầm Tiết diện M (kNm) αm ξ  As (mm2) μ (%) Chọn cốt thép Chọn Asc  (mm2) 6d25 2705  Nhị p biên 478.58  0.08  0.08  2299.48  0.27  (1380×700) Gối 3d28+3d25 3320 479.7  0.36  0.47  2897.44  1.56  (300×700)  Nhị p 3d25 1473 257.31  0.04  0.04  1211.88  0.14  (1380×700) *Lưu ý: sử d ụng mơ men mép gối để tính cốt thép cho tiết diện gối, d ầm tính theo sơ đồ đàn hồi nên điều kiện hạn chế   =0,413 α  ≤ α μ = 0.005% < μ =  Abh = 1,51% < μ = ξ γRR  = 2,1%   31     4.4.2 Cốt ngang Tính cốt đai khơng cốt xiên cho d ầm Q = 293,3 kN R  bt = 0,9 MPa; R  b = 11,5 MPa; R sw = 170 MPa; b = 30 cm; ho = h - a  =70 –  5,97 =64,03 cm Kiểm tra điều kiện: Q ≤ φ b1R  b bhoth = 0,3.115.30.64,03= 66271,05 kg Q b min = 0,5R  bt bhoth = 0,5.9.30.64,03 = 8644,05 kg< Q => Tính cốt đai  M b = φ b2R  bt bhoth2 = 1,5.9.30.64,032 = 1660435,565 kgcm  -Tính: 65 C = 2MQ  = 2.1293,660435,  = 113,22 cm 00 2h  M> C  =1660435, 113,22 cm565 Q = C  = 113,22   = 14665,58 kg Q  hoth = hdp –  ath  - Tính khả năng chịu lực theo cơng thức sau: ξ = γ RRbhA => α = ξ1  0,5ξ => [M] = α γRbh   K ết quả tính tốn đượ c tóm tắt bảng 14 Bảng 14 Tính khả năng chịu lực d ầm Tiết diện   Nhịp biên (1380×700) Cốt thép  As  (mm ) 3d25+2d25 2454.00 ath  hoth  (mm) (mm) 57.5 642.50 ξ  αm  0.08 0.08 [M] ∆M  (kNm) (%) 528.6 30.00 33     Cắt 2d25, 1473 3d25 37.50 Cắt 1d25, 2d25 0.05 0.05 333.18 662.50 0.03 0.03 223.98 982 37.5 4d28+2d25 3445.00 53.68 646.32 0.54 0.39 568.60 39.00 661.00 0.38 0.31 462.12 Cắt 2d25, Gối 662.50 cịn 4d28 2463.00 9.00 (300×700) Cắt 2d28, cịn 2d28 3d25  Nhịp (1380×700) Cắt 1d25, cịn 2d25 1232.00 39.00 661.00 0.19 0.17 258.08 1473.00 37.50 662.50 0.05 0.05 333.18 628.00 37.50 662.50 0.02 0.02 144.10 29.00 Xác định đoạn kéo dài W Đoạn kéo dài W xác đị nh theo công thức W = 0,8Q2qwQ,  + 5d ≥ 20d   Trong đó:  Q : lực cắt tiết diện cắt lí thuyết, lấy độ d ốc biểu đồ mômen (Kn) Qs,inc : khả năng chịu cắt cốt xiên nằm vùng cắt bớ t cốt d ọc, cốt xiên nằm vùng cắt bớ t cốt d ọc nên Qs,inc = 0; q sw : khả năng chịu cắt cốt đai tiết diện cắt lí thuyết (Kn/m) aw : diện tích thép đai ( mm ) d : đườ ng kính cốt thép đượ c cắt qw = Rwsnaw   Trong đoạn d ầm có cốt đai d10@100 thì: 34   qw = Rwsnaw  = 1700.202.0 ,9 = 134,3 KN/m qw = Rwsnaw  = 1700.402.0 ,9 = 67,2 KN/m     Trong đoạn d ầm có cốt đai d10@400 thì:   d –  đườ ng kính cốt thép đượ c cắt K ết quả tính đoạn W đượ c tóm tắt bảng 16 Bảng 16 Xác định đoạn kéo dài W d ầm phụ  Tiết diện Thanh thép 2d25 Q (kN) 184 q sw  (kN/m) 67,2 Wtính  (mm) 1650 20d (mm) 500 2d25 2d25 2d28 2d28 2d25 293 293 256 8256 226 67,2 67,2 134,3 134,3 134,3 1225 1225 1350 480 1200 500 500 1225 1225 1350 480 1200  Nhị p bên trái 2d25 208,2 67,2 Kiểm tra neo, nối cốt thép:  chi tiết ở  hình 22 1056 500 1056  Nhị p biên bên trái  Nhị p biên bên  phải Gối bên trái Gối bên phải 500 Wchọn (mm) 16=650 35     Hình 22 Bố trí cốt thép biểu đồ vật liệu d ầm 36     37